Электронная плотность

Задание 1. ЭП: хорошая и плохая расшифровки

Даны две модели одного и того же белка: 5IG6 (PDB1) и 6E6J (PDB2). Эти модели внешне схожи, что можно хорошо увидеть, выравняв их.

Рис. 1 Общий вид выравненных белков. Зелёным цветом показана модель 5IG6, а циановым – 6E6J

Наиболее заметны различия во фрагменте, приведённом на рисунке ниже: в модели 5IG6 мы видим странным образом разрешённый участок, а именно неправильной формы альфа-спираль. В то же время в 6E6J этот участок представлен неструктурированным фрагментом.

Рис. 2 Фрагмент выравнивания, на котором показано наиболее заметное различие моделей. Зелёным цветом показана модель 5IG6, а циановым – 6E6J

Сравним электронные плотности моделей на приведённом выше участке:

isomesh m1, 5IG6_2fofc, 2, bb, carve=1

Здесь показан код для демонстрации фрагмента электронной плотности на примере 5IG6, bb - это множество атомов, которые относятся к показанным остаткам и к остову одновременно. В данном случае уровень подрезки равен 2, а параметр carve равен 1. Делать carve больше в данном случае не имеет много смысла, чтобы не показывать электронную плотность вокруг боковых радикалов.

Рис. 3 Сравнение фрагментов электронной плотности двух моделей. На первом изображении показана модель 5IG6, а на втором – 6E6J. Атомы окрашены в соответствии со значением b-фактора, где малые значения изображены синим, а большие - красным. Чем меньше его значение, тем ближе атом, как правило, располагается к своему среднему положению. На первом изображении также наблюдаем два варианта положения бокового радикала лизина

Видим, что электронная плотность для модели 5IG6 намного больше напоминает электронные облака, чем таковая для 6E6J. Вероятно, это связано с худшим разрешением в последнем случае.

Это согласуется со значениями разрешения, приведёнными в PDB: 0.91Å и 2.44Å соответственно.

Задание 2. ЭП и положение в структуре

Дана модель 4BVN. Рассмотрим изображения электронной плотности вокруг остова белка при разных значениях уровня подрезки.

fetch 4BVN
fetch 4BVN, type=2fofc
select bb, backbone
hide everything, all
show sticks, bb
center bb
spectrum b, blue_white_red
isomesh m1, 4BVN_2fofc, 1, bb, carve=1
Рис. 4 Электронная плотность вокруг остова белка, уровень подрезки равен 1. Атомы остова окрашены в соответствии со значением b-фактора.
isomesh m1, 4BVN_2fofc, 2, bb, carve=1
Рис. 5 Электронная плотность вокруг остова белка, уровень подрезки равен 2. Атомы остова окрашены в соответствии со значением b-фактора.
isomesh m1, 4BVN_2fofc, 3, bb, carve=1
Рис. 6 Электронная плотность вокруг остова белка, уровень подрезки равен 3. Атомы остова окрашены в соответствии со значением b-фактора.

Чем больше значение уровня подрезки, тем более достоверна должна быть электронная плотность, чтобы быть изображенной.

Видим, что чем выше значение b-фактора для атома, тем меньше должен быть уровень подрезки, чтобы электронная плотность была отображена вокруг этого атома.

Только закончив задание, я поняла, что скопировала идентификатор не из нужной ячейки, а из соседней 😭

Задание 3. Альтернативные положения

Дана модель белка 7AOT с двумя аминокислотными остатками, для которых показаны альтернативные конформации (Lys в положении 108 и Glu в положении 110). Все их сочетания, по-видимому, возможны, так как ни в одном случае мы не видим стерических затруднений.

Рис. 7 Сочетания альт-локов: LysA и GluA, LysA и GluB, LysB и GluA, LysB и GluB. Пунктиром показаны водородные связи между атомами показанных боковых радикалов и другими атомами объекта

Если считать, что структура при прочих равных тем стабильнее, чем в ней больше водородных связей, то кажется, что варианты конформации глутамата должны быть заселены приблизительно поровну, в то время как уровень заселённости альт-лока LysB должен быть выше, чем LysA.

Задание 4. B-фактор

Используется та же модель, 7AOT. Видим, что наибольшие значения b-фактора характерны для более периферийных частей белка, что логично, потому что они в среднем образуют меньше водородных связей.

Рис. 8 Различия в значении b-фактора для атомов остова в разных частях белка

Если рассматривать отдельные аминокислотные остатки на периферии белка, увидим, что обычно b-фактор атомов тем больше, чем атом более удалён от остова.

Рис. 9 Различия в значении b-фактора для атомов остатка лизина, расположенного на периферии белка

Как было замечено в задании 2, чем меньше значение b-фактора, тем более значима электронная плотность, и тем при больших значениях уровня подрезки мы всё ещё будем ей наблюдать.

Рис. 10 Отображение электронной плотности остатка лизина при значениях уровня подрезки, равных 1, 2 и 3 соответственно